[发明专利]基于芳纶纤维的电池隔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子电池的隔膜技术，尤其涉及一种基于芳纶纤维的电池隔膜的制备方法。

背景技术

自20世纪90年代初索尼(SONY)公司开发成功锂离子电池以来，锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长和电压高等优异的电性能而获得了迅速的发展。目前已经广泛应用于手机、便携式电脑、照相机、摄像机等电子产品领域，而且应用领域仍在不断扩展之中。锂离子电池由正负极、电解质和隔膜组成。其中，隔膜的一个重要功能是隔离正负极并阻止电池内电子穿过，同时能够允许离子的通过，从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。隔膜性能的优劣直接影响着电池的放电容量和循环使用寿命。

目前，隔膜用微孔膜的制备方法可分为干法(熔融拉伸，MSCS)和湿法(热致相分离，TIPS)两种技术。上述两种方法都包括至少一个取向步骤使薄膜产生孔隙并提高拉伸强度。熔融拉伸法制膜过程中，影响膜结构的因素有熔融牵伸比、挤出温度与热处理温度等工艺条件，分子取向度受熔融牵伸比与挤出温度的影响，薄膜结晶性受熔融牵伸比与热处理温度的影响，制膜过程中不易调控。而热致相分离法的制膜过程容易调控，可较好地控制孔径、孔径分布和孔隙率，但制备过程中需要大量的溶剂，容易造成环境污染，与熔融拉伸法相比工艺相对复杂。上述两种制模材料为聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃塑料，其耐热性较差，严重影响了电池隔膜在更广泛领域中的应用。

综上可知，现有电池隔膜的制备方法在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于芳纶纤维的电池隔膜的制备方法，该电池隔膜以超短芳纶纤维为主，配加芳纶沉析纤维抄造而成；所述制备方法制得的电池隔膜具有更优异的综合性能，即优异的耐温性能、高强度、耐疲劳性能、低变形、耐火阻燃性能、耐化学腐蚀性能等优点。

已有普遍采用的芳纶短纤维(结构纤维)加芳纶沉析纤维(粘接纤维)，并在高温、高压下轧制而成的芳纶纤维纸的制造技术，如果直接应用于电池隔膜，其存在透气性低、孔径大、孔径分布不均等缺陷。本发明则采用超短芳纶纤维，并通过打浆的微纤化处理，同时调整芳纶沉析纤维的配比和热轧工艺，使芳纶纸的透气度和孔隙率与塑料隔膜相当，达到了电池隔膜的使用要求。

本发明公开了一种基于芳纶纤维的电池隔膜的制备方法，该电池隔膜应用于离子电池(优选为锂离子电池)中，由65～97重量份的超短芳纶(1414或者1313)纤维和3～35重量份的芳纶(1414或者1313)沉析纤维组成，其中超短芳纶纤维的纤维长度小于1.5mm(毫米)。本发明的制备方法主要包括配料制浆、抄造成形、干燥并预热、高温热轧等步骤。

在配料制浆步骤中，将65～97重量份的芳纶1414纤维或者芳纶1313纤维进行切短、疏解和打浆，按重量份用水稀释，制得成浆叩解度为10～70°SR的浆料A，所述浆料A中芳纶1414或者1313纤维被微纤化成纤维长度小于1.5mm的超短芳纶纤维。将3～35重量份的芳纶1414沉析纤维或者芳纶1313沉析纤维进行疏解和打浆，按重量份用水稀释，制得成浆叩解度为10～75°SR的浆料B。最后将两种浆料A和B在配浆池中混合，进而形成能够添加至成型器网前箱的液体浆料。

按照本发明的一方面，对芳纶1414纤维或者芳纶1313纤维长丝经切短后，可用槽式打浆机或盘磨或大锥度精浆机进行打浆，控制打浆压力和浓度，最终成浆叩解度10～70°SR，纤维长度小于1.5mm的超短芳纶纤维。按照本发明的又一方面，对芳纶1414沉析纤维或者芳纶1313沉析纤维，用槽式打浆机或盘磨或大锥度精浆机进行打浆，控制打浆压力和浓度，最终成浆叩解度10～75°SR。

在本发明电池隔膜的制备方法中，因芳纶纤维和芳纶沉析纤维的憎水性，在水中极难分散。为了促进上述纤维在水中的分散，可在所述液体浆料中加入0～10重量份的防絮凝剂，增加纤维在浆料中的运动阻力，延缓纤维的缠绕、絮聚，使纤维在水中的悬浮分散得到改进，从而达到提高电池隔膜匀度的目的。本发明所用的防絮凝剂优选为聚氧化乙烯。所述防絮凝剂单独使用，视合成纤维浆液粘度和膜的型号、规格、膜成型器类型调整用量。

在抄造成形步骤中，采用圆网成型器，将浆料湿法抄造成型。所述圆网成型器为多圆网成型器或单圆网成型器，经稳浆箱调节浆料上网压头，在流浆箱中浆被均匀分布到成形网上，而多余浆料经溢流至抄前池。